自古以來，月亮就是文人雅士寄情的對象，有關月亮的佳句不勝枚舉。比如詩仙李白的《古朗月行》：“小時不識月，呼作白玉盤；又疑瑤臺鏡，飛在青云端”描寫的是詩人兒童時期對月亮稚氣的認識，以“白玉盤”、“瑤臺鏡”比喻，生動地表現(xiàn)出了月亮的形狀和月光的皎潔。有趣之余也引發(fā)了人們對月亮的迷思：月亮是怎么來的？它和我們地球是什么關系呢？
1968年首次載人繞月的阿波羅8號拍攝到“地出”（Earthrise，在太空看地球從月球表面緩緩上升的景象）? 圖源：NASA
月球，古稱太陰，是地球唯一的一顆天然衛(wèi)星，直徑約3474公里，略大于地球的1/4，月球表面上的重力加速度差不多相當于地球表面的1/6（舉例來說，如果你在地球上是100斤，在月球上就只有16斤多）。就自身與繞行行星的體積比來說，月球與地球的比值無疑是太陽系中最大的，幾乎大到可以被認為是地球的孿生行星。月球質(zhì)量是地球質(zhì)量的1/81，而太陽系里其他衛(wèi)星的質(zhì)量則小于其繞行行星的1/4000。
關于月球的起源，主要有四種假說，即分裂說、俘獲說、共吸積說以及大碰撞說。 分裂說（The Fission Theory）分裂說認為，在太陽系早期，原始地球的自轉(zhuǎn)速度非?？?，以至于表面的一部分物質(zhì)分裂出去形成月球，甚至曾有人認為太平洋盆地最可能是月球分裂出去的地方。目前，大多數(shù)科學家不相信分裂說，認為原始地球自轉(zhuǎn)的速度很難快到足以噴出一大團巖石出去形成月球，一方面原始地球在增生過程中，只有非常小的概率才能達到這么快的自轉(zhuǎn)速度；另一方面，如果早期地球的自轉(zhuǎn)速度能達到裂解的程度，意味著地-月系統(tǒng)攜帶了過量的角動量，目前科學家找不到一種機制可以使得后來的地球慢下來。捕獲說認為，月球在別處形成，后來被地球引力場捕獲，成為地球的一顆衛(wèi)星。其實以這種方式形成的衛(wèi)星比較常見，比如火星的兩顆衛(wèi)星福波斯（Phobos）和得摩斯（Deimos）就被認為是火星捕獲來的小行星。捕獲說最大的缺陷是無法解釋為什么地球和月球具有相似的地球化學性質(zhì)，比如地球和月球幾乎具有一致的氧同位素成分。捕獲說另外無法解釋的是月球非常缺乏中等揮發(fā)性元素，同時月球只有很小的金屬核。如果月球在被地球捕獲以前是一顆正常的小行星，那么它應該具有一個更大的金屬核，并且不會這么貧揮發(fā)份。月球和地球具有一致的氧同位素成分。橫縱坐標是相對于標準平均海洋水SMOW的氧同位素比值 ? 圖源：改自網(wǎng)絡 共吸積說（The Co-accretion Theory）
共吸積說認為，月球和地球是原始太陽星云里同一星云區(qū)域里的氣體和塵埃冷凝出來的。這一理論可以解釋地球和月球之間的同位素相似性，但是無法解釋地-月系統(tǒng)的高角動量，也無法解釋為什么月球具有一個較小的鐵核，導致月球的平均密度比地球低很多（月球: 3.3g/cm3 VS. 地球: 5.5g/cm3），更無法解釋月球的中等揮發(fā)性元素（如鉀、鋅、銣、銅等）為什么相對地球強烈虧損。共吸積說也難以解釋為什么月球會經(jīng)歷了全月熔融的巖漿洋過程，因為共吸積說難以提供這么多的熱量。關于月球起源的共吸積說示意圖 ? 圖源：網(wǎng)絡 大碰撞說（Giant Impact Theory）目前科學界最廣泛接受的是大碰撞說，該理論認為，大約45億年前，在地球誕生的最初階段，一顆約火星大小名為忒伊亞（Theia，意為神話中月神的母親）的星子與原始地球發(fā)生了猛烈的碰撞，碰撞拋出的碎片在地球軌道附近重新融合冷凝形成了現(xiàn)在的月球。關于月球起源的大碰撞說示意圖 ? 圖源：改自網(wǎng)絡月球公轉(zhuǎn)和地球自轉(zhuǎn)方向相同；
月球的同位素組成（如氧、鈦、鉻和鎢等）和地球高度一致，與其他行星明顯不同；
大部分月殼由斜長巖組成，這表示月球曾經(jīng)擁有全球巖漿洋，發(fā)生了分異結(jié)晶（請想象當時的月球是一個熔融的火球，逐漸冷卻固結(jié)下來）；
月球虧損揮發(fā)性元素和輕元素，推斷這些元素在極端高溫條件下因氣化而逃逸了；
- 月球內(nèi)部擁有較小的鐵核且月球平均密度比地球低，因此月球可能是由碰撞后拋射出去的“較輕”的物質(zhì)融合形成的，撞擊體“較重”的核心下沉與地球的核心合并，成為了現(xiàn)在的地球核心。
盡管大碰撞理論也面臨著一些質(zhì)疑和挑戰(zhàn)，出現(xiàn)了所謂的“同位素危機”（根據(jù)經(jīng)典碰撞模型，形成月球的72%-88%物質(zhì)來源于碰撞體Theia，它與地球的氧同位素完全一致的概率很低，這與目前的月球觀測事實相悖），但這個理論是目前能解釋最多月球觀測事實的假說，也是科學界現(xiàn)在最主流的月球誕生理論。同時也出現(xiàn)了一些修正后的大碰撞理論或者與大碰撞理論相關的模型如核-核融合大碰撞模型、星巢模型、撞擊-逃逸模型、撞擊再平衡模型、高速冰質(zhì)類冥行星撞擊模型、多次撞擊成月模型以及原地球高旋轉(zhuǎn)撞擊模型等。
各假說與觀測事實的吻合度[7]
因此，月球既不是地球的“孩子”，也不是地球的“俘虜”，更不是地球的“小妹”。在太陽系早期，行星際環(huán)境動蕩不安，月球和地球可謂“相逢亂世”，然而“只是因為在人群中多看了你一眼”，便如飛蛾撲火般相撞入懷，從此與地球你中有我，我中有你，彼此形成了一個相互獨立，卻又密不可分的命運共同體，正如上帝用亞當?shù)睦吖窃炀土讼耐蕖＿@對太陽系最深情的“伴侶”，此后45億年默默守護在對方身邊，不離不棄，在浩瀚的宇宙里成為彼此的唯一。
參考文獻：
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[5] Canup R. M. and Asphaug E. (2001) Origin of the Moon in a giant impact near the end of the Earth's formation. Nature, 708–712.
[6] Lock et al. (2018) The Origin of the Moon Within a Terrestrial Synestia. JGR Planets, 910-951.
[7] Genda et al. (2015) Warm debris disks produced by giant impacts during terrestrial planet formation. The Astrophysical Journal, 810: 136.
中國科學院紫金山天文臺天體化學和行星科學實驗室副研究員。研究方向：火星、月球及小行星隕石的巖石礦物學、同位素地球化學及年代學。
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